JP5401111B2 - Radar equipment - Google Patents
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Description
本発明は、受信信号の位相差から物標の方位を検出するレーダ装置に関する。 The present invention relates to a radar apparatus that detects the azimuth of a target from a phase difference of received signals.
ミリ波レーダ装置は、車両等の移動体に搭載され、その前方向きや後方向きの周辺監視のために広く利用されている。その周辺監視のうち、物標の方位を検出する方式として、物標からの反射信号を受信する受信アンテナ部での受信信号の位相差に基づいて物標の方位を検出(測角)するモノパルス方式がある。このモノパルス方式は、レーダ装置を小型化し、その検出範囲を比較的広角に設定可能とする。 The millimeter wave radar device is mounted on a moving body such as a vehicle, and is widely used for surrounding monitoring in the forward and backward directions. A monopulse that detects (measures) the azimuth of the target based on the phase difference of the received signal at the receiving antenna unit that receives the reflected signal from the target as a method for detecting the azimuth of the target in the surrounding monitoring. There is a method. This monopulse system makes it possible to reduce the size of the radar apparatus and set its detection range to a relatively wide angle.
ここで、モノパルス方式のレーダ装置では、受信信号の位相差を検出するための受信アンテナ部の間隔が送信信号の半波長よりも大きい場合には、位相差が-180deg〜180degの
範囲を超える位相折り返しが発生するため、位相折り返しが発生する方位に存在する物標からの反射信号を受信した場合には、モノパルス方式では該物標の方位を誤検出してしまう虞がある。そこで、位相折り返しに起因する物標方位の誤検出を回避するための技術が開示されている(例えば、特許文献1を参照。)。当該技術では、アンテナ間隔が異なる2つの受信アンテナ対でそれぞれ検出される物標の方位が一致した場合にのみ、その一致した方位がレーダ装置によって検出された物標の方位として採用されることで、物標の誤検出を回避しようとする。
Here, in the monopulse radar device, when the interval between the receiving antennas for detecting the phase difference of the received signal is larger than the half wavelength of the transmitted signal, the phase difference exceeds the range of -180 deg to 180 deg. Since folding occurs, when a reflected signal is received from a target existing in the direction where phase folding occurs, there is a possibility that the direction of the target is erroneously detected in the monopulse method. Therefore, a technique for avoiding erroneous detection of a target direction due to phase folding is disclosed (for example, see Patent Document 1). In this technique, only when the azimuths of the targets detected by the two receiving antenna pairs having different antenna intervals coincide with each other, the coincident azimuth is adopted as the azimuth of the target detected by the radar device. Try to avoid false detection of targets.
モノパルス方式のレーダ装置において、位相折り返しが発生しないように、受信アンテナ部の間隔を送信信号の半波長以下とすることは、実用的なレーダ装置を製造する観点から容易ではない。一方で、位相折り返しに起因して物標の方位を誤検出してしまうことは、レーダ装置の検出結果を利用するアプリケーションにとって好ましくない。例えば、レーダ装置が車両前方に搭載され、車両に接近する物標を検出するために利用される場合、発生する位相折り返しの状態によっては、前方から対向車が接近する状況と、横方向から車両が接近する出会い頭の状況とにおいて、物標である相手車両の方位について酷似した検出結果を得る可能性があることを指摘できる。これは、位相折り返しが発生することで、実際には物標が存在しない方位にあたかも物標が存在するかのように検出されるからであり、本明細書では、この偽の物標の存在を「ゴースト」と称する場合もある。 In a monopulse radar apparatus, it is not easy from the viewpoint of manufacturing a practical radar apparatus to reduce the interval between the receiving antenna sections to be equal to or less than a half wavelength of the transmission signal so that phase wrapping does not occur. On the other hand, erroneously detecting the orientation of a target due to phase folding is not preferable for an application that uses the detection result of the radar device. For example, when a radar device is mounted in front of a vehicle and used to detect a target approaching the vehicle, depending on the state of phase wrapping that occurs, the situation in which an oncoming vehicle approaches from the front and the vehicle from the side It can be pointed out that there is a possibility of obtaining a detection result that is very similar to the direction of the opponent vehicle, which is the target, in the situation of the encounter where the person approaches. This is because phase wrapping occurs, and it is detected as if the target exists in the direction where the target does not actually exist. In this specification, the presence of this false target is detected. May be referred to as “ghost”.
すると、物標の方位について誤った検出結果を車両の操縦者に伝えるのは好ましくないために、このような場合には、従来技術ではレーダ装置としての検出方位は出力しないことが行われる。そのため、このような物標の方位検出については車両の操縦者に委ねられる結果となる。 Then, since it is not preferable to transmit an erroneous detection result regarding the azimuth of the target to the driver of the vehicle, in such a case, the detection azimuth as the radar device is not output in the conventional technique. For this reason, detection of the direction of the target is left to the operator of the vehicle.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、モノパルス方式のレーダ装置において、位相折り返しに起因して発生するゴーストの情報を的確に除外することで、物標の実際の方位を正確に検出することを可能とするレーダ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and in a monopulse radar device, by accurately excluding information on ghosts generated due to phase folding, the actual orientation of a target can be determined. An object of the present invention is to provide a radar device that can accurately detect.
上記課題を解決するために、本発明では、物標から各受信アンテナ部に届く反射信号は、平行とみなすことができることを踏まえて、受信アンテナ部の構造的相関である受信アンテナ部間のアンテナ間隔の比率に着目し、当該比率を利用して受信アンテナ部で受信された信号における位相折り返し数を正確に算出することで、物標の実際の方位を検出することとした。この受信アンテナ部間のアンテナ間隔の比率は、物標から届く反射信号の入射角(すなわち、物標の方位)にかかわらず一定であるから、物標の方位がどのような方位であろうと受信信号の位相折り返し数を正確に算出することができる。 In order to solve the above-described problem, in the present invention, the reflected signal that reaches each receiving antenna unit from the target can be regarded as parallel, and the antenna between the receiving antenna units is a structural correlation of the receiving antenna unit. Focusing on the ratio of the intervals, the actual orientation of the target is detected by accurately calculating the number of phase folds in the signal received by the receiving antenna unit using the ratio. Since the ratio of the antenna interval between the receiving antenna parts is constant regardless of the incident angle of the reflected signal reaching from the target (that is, the direction of the target), it can be received regardless of the direction of the target. The number of phase wraps of the signal can be calculated accurately.
具体的には、本発明は、物標の方位を検出するための信号を送信する送信アンテナ部と、前記送信アンテナ部からの送信信号が物標によって反射された反射信号を受信し、且つ一直線上に配置された3つ以上の受信アンテナ部と、前記3つ以上の受信アンテナ部のそれぞれに届く受信信号の位相差から該物標の方位を検出する方位検出部と、を備えるレーダ装置である。そして、当該レーダ装置においては、前記3つ以上の受信アンテナ部は、アンテナ間隔として第一間隔を形成する2つの受信アンテナ部を含む第一アンテナ対と、該第一間隔とは異なるアンテナ間隔として第二間隔を形成する2つの受信アンテナ部を含む第二アンテナ対とを有し、前記方位検出部は、前記第一間隔と前記第二間隔との比率と、前記第一アンテナ対および前記第二アンテナ対のそれぞれにおける受信信号の位相差とに基づいて、該第一アンテナ対および該第二アンテナ対のうち少なくとも何れかのアンテナ対における位相折り返し数を算出し、該位相折り返し数を利用して前記物標の方位検出を行う。 Specifically, the present invention includes a transmission antenna unit that transmits a signal for detecting the orientation of a target, a reflected signal obtained by reflecting the transmission signal from the transmission antenna unit by a target, and A radar apparatus comprising: three or more receiving antenna units arranged on a line; and an azimuth detecting unit that detects an azimuth of the target from a phase difference of received signals reaching each of the three or more receiving antenna units. is there. In the radar apparatus, the three or more receiving antenna units include a first antenna pair including two receiving antenna units forming a first interval as an antenna interval, and an antenna interval different from the first interval. A second antenna pair including two receiving antenna units forming a second interval, wherein the azimuth detecting unit includes a ratio between the first interval and the second interval, the first antenna pair, and the first antenna unit. Based on the phase difference of the received signal in each of the two antenna pairs, calculate the number of phase wraps in at least one of the first antenna pair and the second antenna pair, and use the number of phase wraps. The direction of the target is detected.
本発明に係るレーダ装置には、2つの受信アンテナ部によって形成されるアンテナ対が少なくとも2つ含まれている。このアンテナ対のそれぞれにおいて、モノパルス方式による受信信号の位相差に基づいた物標の方位検出が可能である。ここで、上述のように、モノパルス方式においては受信信号の位相折り返しに起因する物標方位の誤検出が起こり得るが、本発明に係るレーダ装置では、異なるアンテナ間隔である第一間隔と第二間隔との比率(以下、「アンテナ間隔比率」とも称する。)を利用することで、受信信号の位相折り返しを算出し、物標方位の誤検出を回避する。 The radar apparatus according to the present invention includes at least two antenna pairs formed by two receiving antenna units. In each of the antenna pairs, it is possible to detect the azimuth of the target based on the phase difference of the received signal by the monopulse method. Here, as described above, in the monopulse system, erroneous detection of the target direction due to the phase folding of the received signal may occur. However, in the radar apparatus according to the present invention, the first interval and the second interval, which are different antenna intervals. By using the ratio to the interval (hereinafter also referred to as “antenna interval ratio”), the phase wrapping of the received signal is calculated, and erroneous detection of the target direction is avoided.
一直線状に配置された受信アンテナ部によって形成されるアンテナ間隔の比率は、各受信アンテナ部に対して物標から平行な反射信号が入射されることを踏まえると、モノパルス方式において方位検出のために利用される位相差の各アンテナ対間の比率と同一であることが、受信アンテナ部同士の構造的相関から理解できる。そして、反射信号の入射角が変更しても、上記位相差の各アンテナ対間の比率は変わらない。したがって、モノパルス方式における位相差を踏まえた物標の方位検出に際して、このアンテナ間隔比率を利用することで、物標の方位に影響されることなく正確に位相折り返し数を把握でき、以て物標の実際の方位を正確に検出することができる。 The ratio of the antenna interval formed by the receiving antenna units arranged in a straight line is based on the fact that a reflected signal parallel to the target is incident on each receiving antenna unit for detecting the direction in the monopulse method. It can be understood from the structural correlation between the receiving antenna portions that the phase difference used is the same as the ratio between each antenna pair. And even if the incident angle of a reflected signal changes, the ratio between each antenna pair of the said phase difference does not change. Therefore, when detecting the azimuth of the target based on the phase difference in the monopulse method, the antenna spacing ratio can be used to accurately grasp the number of phase wraps without being affected by the azimuth of the target. It is possible to accurately detect the actual orientation of the.
ここで、上記のレーダ装置において、3つの前記受信アンテナ部のうち1つが重複することで前記第一アンテナ対と前記第二アンテナ対が形成され、更に該重複した受信アンテナ部を除く残りの2つの受信アンテナ部によって前記第一間隔および前記第二間隔とは異なるアンテナ間隔としての第三間隔を形成される第三アンテナ対を有し、前記方位検出部は、前記第一間隔と前記第二間隔と前記第三間隔との比率と、前記第一アンテナ対、前記第二アンテナ対、前記第三アンテナ対のそれぞれにおける受信信号の位相差とに基づいて、該第一アンテナ対、該第二アンテナ対、該第三アンテナ対のそれぞれにおける位相折り返し数を算出し、該位相折り返し数を利用して前記物標の方位検出を行うように構成してもよい。 Here, in the radar device described above, one of the three reception antenna units overlaps to form the first antenna pair and the second antenna pair, and further, the remaining two except for the redundant reception antenna units. A third antenna pair having a third interval as an antenna interval different from the first interval and the second interval by one receiving antenna unit, and the azimuth detecting unit includes the first interval and the second interval Based on the ratio between the interval and the third interval, and the phase difference of the received signals in each of the first antenna pair, the second antenna pair, and the third antenna pair, the first antenna pair, the second antenna pair, The number of phase folds in each of the antenna pair and the third antenna pair may be calculated, and the direction of the target may be detected using the number of phase folds.
すなわち、3つの受信アンテナ部を利用することで、そこにアンテナ間隔が互いに異な
る3つのアンテナ対を形成することが可能となる。そのため、少ない受信アンテナ部で効率的に正確な物標の方位検出が可能となる。なお、受信アンテナ部の数は4つ以上であってもよく、その場合適切にアンテナ対を選択することで、より正確な物標の方位検出を容易に実現することが可能である。
That is, by using the three receiving antenna units, it is possible to form three antenna pairs having different antenna intervals. Therefore, it is possible to detect the direction of the target efficiently and efficiently with a small number of receiving antennas. Note that the number of receiving antenna units may be four or more. In this case, it is possible to easily realize more accurate target orientation detection by appropriately selecting an antenna pair.
また、上記のレーダ装置において、前記方位検出部は、前記第一アンテナ対、前記第二アンテナ対、前記第三アンテナ対のそれぞれにおける受信信号の位相差から暫定的な前記物標の暫定方位に関するデータを取得する暫定方位取得部と、前記暫定方位取得部によって取得された前記物標の暫定方位に関するデータから、前記位相折り返し数によって決定される、前記受信信号の位相差と前記物標の方位角との相関に基づいて、前記物標の実際の方位とは関係しない方位ゴーストデータを除外し、前記物標の実際の方位を決定する方位決定部と、を有する構成としてもよい。 Further, in the radar apparatus, the azimuth detecting unit relates to a provisional azimuth of the target tentatively from a phase difference of received signals in each of the first antenna pair, the second antenna pair, and the third antenna pair. A phase difference between the received signal and the direction of the target, which are determined by the number of phase wrapping, from the data related to the temporary direction of the target acquired by the provisional direction acquisition unit that acquires data and the temporary direction acquisition unit An azimuth determining unit that excludes azimuth ghost data that is not related to the actual azimuth of the target based on the correlation with the angle and determines the actual azimuth of the target may be included.
上記構成においては、アンテナ間隔比率から算出された各アンテナ対での受信信号の位相折り返し数を利用して決定される、受信信号の位相差と物標の方位角との相関を利用することで、該位相折り返し数に基づいて物標が存在し得ないと判断される方位の範囲を特定することができる。そこで、この物標が存在し得ない方位の範囲に関するデータを上記方位ゴーストデータとして、暫定方位取得部によって取得された物標の暫定的な方位に関するデータから除外することで、実際に物標が存在する方位を正確に出力することが可能となる。 In the above configuration, by using the correlation between the phase difference of the received signal and the azimuth angle of the target, which is determined using the number of phase wrapping of the received signal at each antenna pair calculated from the antenna interval ratio. Based on the number of phase folds, it is possible to specify a range of azimuths where it is determined that a target cannot exist. Therefore, by excluding the data related to the range of the azimuth where the target cannot exist as the azimuth ghost data from the data regarding the tentative azimuth of the target acquired by the temporary azimuth acquisition unit, the target is actually It is possible to output the existing orientation accurately.
また、前記暫定方位取得部は、前記3つの受信アンテナ部によって受信された受信信号に対して高速フーリエ変換処理を施すことによって、前記物標の暫定方位に関するデータを取得し、前記方位決定部は、前記暫定方位取得部による高速フーリエ変換を介して得られた前記物標の暫定方位に関するデータから、前記方位ゴーストデータを除外するようにしてもよい。このように構成することで、方位決定部による方位ゴーストデータの除外は、受信アンテナが物標からの反射信号を受信可能な範囲で受信した全ての信号に対して高速フーリエ変換処理が行われたデータを対象に行われることになる。そのため、本発明に係るレーダ装置によれば、可及的に広い範囲に存在する物標の方位を正確に検出することができる。 The provisional azimuth obtaining unit obtains data related to the provisional azimuth of the target by performing a fast Fourier transform process on the reception signals received by the three receiving antenna units, and the azimuth determining unit includes The azimuth ghost data may be excluded from data related to the provisional azimuth of the target obtained through fast Fourier transform by the provisional azimuth acquisition unit. With this configuration, the azimuth ghost data is excluded by the azimuth determining unit, and all signals received within a range in which the receiving antenna can receive the reflected signal from the target are subjected to a fast Fourier transform process. It will be done on data. Therefore, according to the radar apparatus according to the present invention, it is possible to accurately detect the azimuth of the target existing in the widest possible range.
ここで、上述までのレーダ装置において、前記方位決定部は、前記物標の暫定方位に関するデータから前記方位ゴーストデータを除外した除外データが、所定の連続性を有している場合に、該除外データを該物標の実際の方位として決定してもよい。検出の対象である物標の方位が不連続的に変化する場合は、算出された除外データ自体に何らかのエラーが存在すると考えられる。そこで、物標の方位検出に必要な除外データの連続性に所定の連続性を担保することで、より確かに物標の方位検出が可能となる。なお、所定の連続性の検出については様々な方式が採用できるが、その一例として、直前の除外データからの変化量が所定範囲内に収まっている場合には所定の連続性が存在すると判断してもよい。この場合、利用する直前の除外データは、複数であってもよい。 Here, in the radar apparatus up to the above, the azimuth determination unit excludes the exclusion data obtained by excluding the azimuth ghost data from the data related to the provisional azimuth of the target when the exclusion data has a predetermined continuity. Data may be determined as the actual orientation of the target. If the orientation of the target to be detected changes discontinuously, it is considered that there is some error in the calculated exclusion data itself. Therefore, by ensuring a predetermined continuity in the continuity of the exclusion data necessary for detecting the direction of the target, the direction of the target can be detected more reliably. Various methods can be adopted for detection of the predetermined continuity. For example, when the amount of change from the immediately preceding excluded data is within the predetermined range, it is determined that the predetermined continuity exists. May be. In this case, the exclusion data immediately before use may be plural.
また、上述までの本発明に係るレーダ装置は、車両等の移動体に搭載されてもよく、また移動を行わない物体に搭載されても構わない。 Moreover, the radar apparatus according to the present invention described above may be mounted on a moving body such as a vehicle, or may be mounted on an object that does not move.
モノパルス方式のレーダ装置において、位相折り返しに起因して発生するゴーストの情報を的確に除外することで、物標の実際の方位を正確に検出することを可能となる。 In a monopulse radar device, it is possible to accurately detect the actual orientation of a target by accurately excluding information on ghosts generated due to phase folding.
ここで、本発明に係るレーダ装置の実施例について、明細書添付の図面に基づいて説明する。尚、当該実施例は本発明に係る制御装置の一例を示すものであり、本発明の権利範囲を限定するものではない。 Here, an embodiment of a radar apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the said Example shows an example of the control apparatus which concerns on this invention, and does not limit the right range of this invention.
図1に示すレーダ装置1の主な緒元は、周波数帯域は76GHz、測距方式はFM-CW(周波数変調連続波長)方式、測角方式はモノパルス方式であり、物標との距離、相対速度および物標に対する方位(角度θ)の検出を可能とする。レーダ装置1は、主な構成として受信アンテナ2〜4、送信アンテナ5、信号処理回路部10、発振器20を含む。図1においては受信アンテナ2〜4が例示されているが、これらは図示しない受信アンテナを含む受信アンテナアレイの一部として例示されたものである。ここで、受信アンテナ2〜4は一直線上に配置され、且つ送信アンテナ5から出射される送信波の波長をλとするとき、受信アンテナ2と受信アンテナ3との間隔が6/4λ、受信アンテナ3と受信アンテナ4との間隔が5/4λ、したがって受信アンテナ2と受信アンテナ4との距離が11/4λとなるように、各受信アンテナがここに示す3つのアンテナ対を形成するように配置されている。また、送信アンテナ5には電圧制御型の発振器20が接続されている。発振器20は、信号処理部10内に含まれる信号処理回路14から与えられる制御電圧によって、所定周波数の搬送波に対して所定の周波数変調幅の三角波変調をかけた信号を送信信号として出力する。そして、この送信信号により、送信アンテナ5から波長λの送信波が放射され、物標の検出が行われる。
The main specifications of the
受信アンテナ2〜4にはミキサー11〜13がそれぞれ接続されている。各ミキサーには発振器20からの送信信号の一部であるローカル信号が入力されることで、受信アンテナ2〜4のそれぞれで受信された受信信号とこのローカル信号とが、各ミキサーにおいてミキシングされ中間周波数にダウンコンバートされる。このダウンコンバートにより、レーダ装置1におけるFM-CW方式のビート信号(送信信号と受信信号の差信号)が得られる
ことになる。そして、ミキサー11〜13とともに信号処理回路14は、各ミキサーを介して得られたビート信号に対してFFT(高速フーリエ変換)処理等を行うことで、物標に
対する距離、相対速度および方位を検出する。したがって、信号処理回路14は、本発明に係るレーダ装置の方位検出部を形成する。なお、三角波変調を利用するFM-CW方式によ
る物標との距離および相対速度の算出方式は公知の技術であるので、本明細書ではその説明は割愛する。
The
ここで、物標に対する方位(図1においてθで示される方位)は、いわゆるモノパルス方式に従って算出される。従来から公知であるように、モノパルス方式のレーダ装置においては、このアンテナ対に含まれる2つの受信アンテナ間に存在する経路差に起因して生じる受信信号の位相差に基づいて、物標の方位θの検出が行われる。 Here, the orientation relative to the target (the orientation indicated by θ in FIG. 1) is calculated according to a so-called monopulse method. As is conventionally known, in a monopulse radar device, the direction of a target is determined based on a phase difference of a received signal caused by a path difference existing between two receiving antennas included in the antenna pair. θ is detected.
しかし、従来のモノパルス方式のレーダ装置においては、アンテナ対での経路差において受信信号が位相折り返しを生じていると、各受信アンテナ間で直接検出された受信信号
の位相差が、必ずしも物標からの反射波の入射角θ(すなわち物標の方位θ)を正確に反映しているものではない場合がある。すなわち、各ミキサーを経て信号処理回路14で直接得られる各アンテナ対での受信信号の位相差は、位相折り返しが加味されていないため、この直接の位相差を利用して物標の方位θを検出しようとすると、本来物標が存在しない位置に偽の物標の存在(ゴースト)を誤検出してしまう場合がある。図2に、その誤検出の一例を示す。図2(a)は、レーダ装置に対して前方から物標である車両が接近している状況下(すなわち対向車が存在する状況)での、従来のモノパルス方式での検出結果である。この場合、本来検出すべき対向車の存在とともに、存在していない偽の物標(ゴースト)を左斜め前方に検出してしまう。一方で、図2(b)は、レーダ装置の左から物標である車両が横切ろうとしている状況下(すなわち、出会い頭の車両が存在する状況)での、従来のモノパルス方式での検出結果である。この場合、本来検出すべき出会い頭車両の存在が検出されている。ここで、図2(a)と(b)を比べると、対向車存在の状況下で誤検出されるゴーストの軌跡が、出会い頭車両存在の状況下で検出される当該出会い頭車両の軌跡と酷似していることが分かる。すると、従来のモノパルス方式のレーダ装置では、対向車と出会い頭車両とを正確に区別することができないこととなり、レーダ装置を搭載した車両としては、安全のために対向車等の検出は制限せざるをえず、レーダ装置の能力が著しく低下していた。
However, in the conventional monopulse radar device, if the received signal has a phase wraparound due to the path difference between the antenna pairs, the phase difference of the received signal directly detected between the receiving antennas is not necessarily the target. May not accurately reflect the incident angle θ of the reflected wave (that is, the orientation θ of the target). That is, the phase difference of the received signal at each antenna pair directly obtained by the
そこで、本発明に係るレーダ装置1においては、測角方式として従来どおりモノパルス方式を採用するが、モノパルス方式での2つの受信アンテナ間の物標からの反射波による受信信号の位相差において、受信アンテナの構造的相関(すなわち、アンテナ間隔)に基づいて位相折り返しを加味していくことで、物標の方位θの正確な検出を可能とした。以下に、レーダ装置1における物標の方位θの詳細な検出方法について説明する。
Therefore, in the
図3は、物標で反射された反射波が受信アンテナ2〜4に入射される際の、入射経路を概略的に示した図である。図3から分かるように、受信アンテナ2と受信アンテナ3との間には反射波が辿る経路差としてL6が存在し、同様に受信アンテナ3と受信アンテナ4との間、および受信アンテナ2と受信アンテナ4との間には、それぞれL5、L11の経路差が存在する。物標はレーダ装置1から十分に遠方の位置にあるため、各受信アンテナに対する反射波の入射角は、同一のθと考えて構わない。したがって、反射波の入射角θに応じて、L5、L6、L11それぞれの長さは変化するが、経路差それぞれの比率L5:L6:L11は、反射波の入射角θにかかわらず一定である。これは、受信アンテナ2〜4のそれぞれに入射される反射波は平行であるから、経路差L5、L6、L11、および受信アンテナ間隔5/4λ、6/4λ、11/4λを含む、幾何学的に互いに相似な三角形が形成されるからである。
FIG. 3 is a diagram schematically showing an incident path when the reflected wave reflected by the target is incident on the receiving antennas 2 to 4. As can be seen from FIG. 3, there is a path difference L6 between the receiving antenna 2 and the receiving antenna 3, and similarly, between the receiving antenna 3 and the receiving antenna 4 and between the receiving antenna 2 and the receiving antenna 3. There are path differences of L5 and L11 between the antenna 4 and the antenna 4, respectively. Since the target is located sufficiently far from the
そして、レーダ装置1においては、受信アンテナ2〜3の間隔は6/4λ、受信アンテナ3〜4の間隔は5/4λ、受信アンテナ2〜4の間隔は11/4λであるから、図3に示す幾何学的な相似関係より、各経路差の比率L5:L6:L11は、反射波の入射角θにかかわらず5:6:11となる。ここで、各経路差L5、L6、L11によって生じる受信信号の位相差であって、各経路差で生じる位相折り返しを考慮した位相差をそれぞれA5、A6、A11(それぞれの単位はdeg)とし、一方で各経路差で生じる位相折り返
しを考慮しない位相差、すなわち各ミキサーを経て直接信号処理部14で検出される位相差をa5、a6、a11(それぞれの単位はdeg)とする。すると、A5、A6、A11
およびa5、a6、a11については、以下の相関が成立する。
A5=a5+360・x (x:経路差L5での位相折り返し数)
A6=a6+360・y (y:経路差L6での位相折り返し数)
A11=a11+360・z (z:経路差L11での位相折り返し数)
In the
For a5, a6, and a11, the following correlation is established.
A5 = a5 + 360 · x (x: number of phase wraps at path difference L5)
A6 = a6 + 360 · y (y: number of phase wraps at path difference L6)
A11 = a11 + 360 · z (z: number of phase folds at the path difference L11)
そして、位相折り返しが考慮された位相差A5、A6、A11は、いわば経路差L5、
L6、L11を位相変換したものであるから、A5:A6:A11=L5:L6:L11=5:6:11の関係が成立する。一方で、受信アンテナおよびミキサーを介して直接検出された、位相折り返しが考慮されていない位相差a5、a6、a11については、一定の相関は成立しない。そこで、レーダ装置1においては、上記A5、A6、A11の間で受信アンテナの間隔に基づいて成立する所定の条件を利用して、各経路差で生じる位相折り返しを正確に把握することで、モノパルス方式により物標の正確な方位θの検出を可能とする。
And the phase differences A5, A6, A11 in which the phase wrapping is considered are, so to speak, the path differences L5,
Since L6 and L11 are phase-converted, the relationship A5: A6: A11 = L5: L6: L11 = 5: 6: 11 is established. On the other hand, a constant correlation is not established for the phase differences a5, a6, and a11 that are directly detected via the receiving antenna and the mixer and do not consider the phase folding. Therefore, the
先ず、経路差L5とL6との相関に注目する。反射波の入射角θにかかわらず、L5:L6=5:6が成立するので、A5:A6=5:6も成立する。そこで、以下に示す式が成り立つ。
θ=Arcsin(L6/(6/4λ))=Arcsin(λ(a6+360y(y'))/360/(6/4λ))
First, attention is focused on the correlation between the path differences L5 and L6. Since L5: L6 = 5: 6 holds regardless of the incident angle θ of the reflected wave, A5: A6 = 5: 6 also holds. Therefore, the following equation holds.
θ = Arcsin (L6 / (6 / 4λ)) = Arcsin (λ (a6 + 360y (y ')) / 360 / (6 / 4λ))
同様に、経路差L6とL11との相関にも注目する。反射波の入射角θにかかわらず、L6:L11=6:11が成立するので、A6:A11=6:11も成立する。そこで、以下に示す式が成り立つ。
的な変更ではない。上記の式が意味するところは、各受信アンテナからの直接の検出値(左項)を利用して、整数となる位相折り返し数z(z’)を算出することが可能であると
いうことである。そして、算出された位相折り返し数を用いて、z(z’)に対応する経路差L11の距離が算出でき、以て受信アンテナ2〜4の間隔との相関により三角関数を用いて、反射波の入射角θを下記式に従って算出できる。
θ=Arcsin(L11/(11/4λ))=Arcsin(λ(a11+360z(z'))/360/(11/4λ))
Similarly, attention is paid to the correlation between the path differences L6 and L11. Since L6: L11 = 6: 11 holds regardless of the incident angle θ of the reflected wave, A6: A11 = 6: 11 also holds. Therefore, the following equation holds.
θ = Arcsin (L11 / (11 / 4λ)) = Arcsin (λ (a11 + 360z (z ')) / 360 / (11 / 4λ))
同様に、経路差L11とL5との相関にも注目する。反射波の入射角θにかかわらず、L11:L5=11:5が成立するので、A11:A5=11:5も成立する。そこで、以下に示す式が成り立つ。
θ=Arcsin(L5/(5/4λ))=Arcsin(λ(a5+360x(x'))/360/(5/4λ))
Similarly, attention is paid to the correlation between the path differences L11 and L5. Since L11: L5 = 11: 5 holds regardless of the incident angle θ of the reflected wave, A11: A5 = 11: 5 also holds. Therefore, the following equation holds.
θ = Arcsin (L5 / (5 / 4λ)) = Arcsin (λ (a5 + 360x (x ')) / 360 / (5 / 4λ))
このように、式1〜式3のいずれかに従えば、受信アンテナの構造的相関に基づいて、反射波の入射角θを算出できる。もちろん複数の式より得られる入射角θを利用して、算出された入射角θにずれが無いか否かを判断したり、また複数の入射角θの平均を取ることで、最終的な反射角θの値として採用したりしてもよい。
Thus, according to any one of
また、上記のように直接に反射角を算出する代わりに、従来までのモノパルス方式による物標の方位の検出結果(例えば、図2に示す結果)に対して、ゴーストをフィルタリングするために上記各経路差での位相折り返し数を利用してもよい。すなわち、従来技術による方位検出のための機能部を本発明に係るレーダ装置の暫定方位取得部に対応させ、上記フィルタリングを行う機能部を本発明に係るレーダ装置の方位決定部に対応させる。そのために、式1〜式3より算出された各経路差での位相折り返し数を利用することで、レーダ装置1に対して物標が相対する角度エリア(入射角θが範囲)をおおまかに特定する。図4に、各経路差における位相差と反射波の入射角θとの相関を示す。図4に示される位相差は、位相折り返しが反映されていない、いわば受信アンテナとミキサーを介して直接検出された位相差である。このとき、受信アンテナ2、3、4の設置間隔が5/4λ、6/4λ、11/4λであることに起因して、入射角θに対する位相差は所定の入射角で位相折り返しが生じる。具体的には、経路差L5に対応する位相差a5は、a5=5/2πsinθで表されることより、入射角θが±23.6degで位相折り返しが生じ、経路差L
6に対応する位相差a6は、a5=3πsinθで表されることより、入射角θが±19.5degで位相折り返しが生じ、経路差L11に対応する位相差a11は、a11=11/2
πsinθで表されることより、入射角θが±10.5deg, ±33.1deg, ±65.4degで位相折
り返しが生じる。なお、レーダ装置1の実用性を考慮して、入射角は±90degの範囲とし
た。したがって、上記式1〜式3によって得られた各経路差での折り返し数x、y、zに基づいて、物標からの反射波がいずれの角度エリアから届いたのかを判断することができる。
In addition, instead of directly calculating the reflection angle as described above, each of the above-mentioned in order to filter the ghost with respect to the detection result (for example, the result shown in FIG. 2) of the target orientation by the conventional monopulse method. The number of phase wraps due to the path difference may be used. That is, the functional unit for detecting the azimuth according to the prior art corresponds to the provisional azimuth obtaining unit of the radar apparatus according to the present invention, and the functional unit for performing the filtering corresponds to the azimuth determining unit of the radar apparatus according to the present invention. For this purpose, the angle area (incident angle θ is in the range) where the target is opposed to the
Since the phase difference a6 corresponding to 6 is expressed by a5 = 3πsin θ, phase wrapping occurs when the incident angle θ is ± 19.5 deg, and the phase difference a11 corresponding to the path difference L11 is a11 = 11/2.
Since it is expressed by π sin θ, phase folding occurs when the incident angle θ is ± 10.5 deg, ± 33.1 deg, ± 65.4 deg. In consideration of the practicality of the
以上を踏まえて、各経路差での位相折り返し数と物標が存在すると判断される角度エリアとの相関を、下記表1に示す。
例えば、いずれの経路差においても位相折り返しが生じていない場合には、反射波の入射角θは、R1(-10.5deg〜10.5deg)の角度エリアに属すると考えられ、経路差L6およ
びL11においてそれぞれ一回ずつ位相折り返しが生じている場合には、反射波の入射角θは、R3(19.5deg〜23.6deg)の角度エリアに属すると考えられる。なお、上記角度エリアについては、角度エリアR1を中心に挟んで、R2〜R5の各角度エリアとR2’〜R5’の各角度エリアが対称に設定されている。
For example, when no phase wrapping occurs in any path difference, the incident angle θ of the reflected wave is considered to belong to the angle area of R1 (−10.5 deg to 10.5 deg), and the path differences L6 and L11 When the phase fold occurs once each, the incident angle θ of the reflected wave is considered to belong to the angle area of R3 (19.5 deg to 23.6 deg). In addition, about the said angle area, each angle area of R2-R5 and each angle area of R2'-R5 'are set symmetrically on both sides of angle area R1.
そして、表1に示す経路差での位相折り返し数に基づいて判断される角度エリアを利用して、従来のモノパルス方式の測角を行って得られた物標の方位が、実際に物標が存在している方位であるか、ゴーストによる方位であるかを判断することも可能である。そして、位相折り返し数に基づいてゴーストであると判定される物標の方位に関するデータ(本発明における方位ゴーストデータに相当)を、従来のモノパルス方式によって得られた物標の方位に関するデータから除外するフィルタリングを行うことで、物標の実際の方位を検出することが可能となる。例えば、上記対向車の例を用いると、対向車であるからレーダ装置1に対してほぼ正面から接近する。そのため、この場合には、各経路差での位相折り返し数は0であるから、物標である対向車は上記R1の角度エリア(-10.5deg〜10.5deg)に位置することが分かる。すると、図2に戻ると、この角度エリアに属さない軌跡は、
ゴーストによる軌跡であると判断でき、このゴーストに関するデータを除外(フィルタリング)することで、レーダ装置1によって対向車の存在を正確に検出することができる。すなわち、このようなフィルタリングを行う機能部が、本発明に係るレーダ装置の方位決定部に相当する。
Then, using the angle area determined based on the number of phase folds in the path difference shown in Table 1, the azimuth of the target obtained by measuring the angle of the conventional monopulse method is actually the target It is also possible to determine whether the direction is an existing direction or a direction due to a ghost. Then, data relating to the direction of the target determined to be a ghost based on the number of phase turns (corresponding to the direction ghost data in the present invention) is excluded from the data relating to the direction of the target obtained by the conventional monopulse method. By performing the filtering, it is possible to detect the actual orientation of the target. For example, if the example of the oncoming vehicle is used, since the oncoming vehicle is approaching, the
It can be determined that the trajectory is caused by a ghost, and the presence of an oncoming vehicle can be accurately detected by the
ここで、信号処理回路14によって行われる具体的な信号処理について、図5に基づいて説明する。図5は、信号処理回路14内で実行される処理のフローを示したフローチャートである。これらの処理内容は、所定のアナログ回路、DSP(Digital Signal Processor)、ECU(Electrical Control Unit)等、様々な手法により実現されるものである。
Here, specific signal processing performed by the
S101では、FM−CW方式において生成されたビート信号の、三角波の上昇区間(アップビート)および下降区間(ダウンビート)のそれぞれの区間についてFFT(高速フーリエ変換)演算を施すことで、アップピークおよびダウンピークの抽出が行われる。次に、S102では上述した各経路差で生じる位相差a5、a6、a11の算出を行う。
その後、S103で上述したように、受信アンテナの構造的相関(受信アンテナの間隔)に基づいて、位相折り返しが考慮された位相差A5、A6、A11および各経路差での位相折り返し数x、y、zが算出される。
In S101, an FFT (Fast Fourier Transform) operation is performed on each of a rising section (upbeat) and a falling section (downbeat) of the triangular wave of the beat signal generated in the FM-CW system, so that uppeak and Down peak extraction is performed. Next, in S102, the phase differences a5, a6, and a11 caused by the above-described path differences are calculated.
After that, as described above in S103, the phase differences A5, A6, A11 in which phase aliasing is considered and the number of phase aliases x and y in each path difference based on the structural correlation of the receiving antennas (interval between the receiving antennas). , Z are calculated.
ここで、表1に示した各経路差での位相折り返し数と角度エリアとの相関は、信号処理回路14内の記憶装置(メモリ等)に予め格納されている。そして、S104では、S103で算出された位相折り返し数と、記憶装置内の角度エリアに関するデータに基づいて、S101で抽出されたピークのデータからゴーストに関するデータを除外することで、言い換えれば算出された位相折り返し数によって決定される角度エリアに属するピークのデータのみが、物標の方位検出のためのデータとして残される。これにより、物標の方位が仮決定される。
Here, the correlation between the number of phase folds and the angle area at each path difference shown in Table 1 is stored in advance in a storage device (memory or the like) in the
その後、S105でアップピークとダウンピークの1対1の対応付けであるペアリング処理が行われ、2つのピークの周波数の和から物標との距離が算出され、2つのピークの周波数の差から物標との相対速度が算出される。次に、S106で連続性判定が行われる。当該処理は、直前の物標の方位、距離、相対速度のデータと照合して、S104およびS105で算出されている方位、距離、相対速度が、同一の物標からのものであるか否かを判定する。例えば、S101〜S105までの処理を三回連続で繰り返し、その結果得られた方位、距離、相対速度に関するデータに連続性があり、これらが同一の物標からのデータであると判断できる場合に、レーダ装置1によって検出された物標としてデータを確定させる。
Thereafter, in S105, a pairing process that is a one-to-one correspondence between the up peak and the down peak is performed, and the distance to the target is calculated from the sum of the frequencies of the two peaks, and the difference between the frequencies of the two peaks is calculated. The relative speed with the target is calculated. Next, continuity determination is performed in S106. In this processing, whether or not the azimuth, distance, and relative speed calculated in S104 and S105 are from the same target by collating with the azimuth, distance, and relative speed data of the immediately preceding target. Determine. For example, when the processing from S101 to S105 is repeated three times in succession, the data regarding the direction, distance, and relative speed obtained as a result is continuous, and it can be determined that these are data from the same target. Then, the data is determined as the target detected by the
図5に示す処理を行うことにより、位相折り返しに起因するゴーストに関するデータの影響を排除できるため、物標の正確な検出が可能となる。特に、FFT処理によってピーク抽出されたデータに対して、表1に示した位相折り返し数と角度エリアとの相関に関するデータを利用してゴーストに関するデータ(位相ゴーストデータ)の除去を行う手法を採用しているため、図5に示す処理は、あらゆる物標に対して適用が可能であり、且つゴーストの影響を確実に排除できる。また、図2に示す対向車の状況と出会い頭車両の状況のように、酷似する軌跡が得られるような場合にでも、ゴーストの影響を排除できるため、従来ではできなかったこのような状況下での車両(物標)の検出が可能となる。 By performing the processing shown in FIG. 5, it is possible to eliminate the influence of the data regarding the ghost caused by the phase wrapping, so that the target can be accurately detected. In particular, a method for removing ghost-related data (phase ghost data) using the data related to the correlation between the number of phase folds and the angle area shown in Table 1 is adopted for the data extracted by the FFT processing. Therefore, the process shown in FIG. 5 can be applied to any target, and the influence of ghost can be surely eliminated. In addition, even when a very similar trajectory can be obtained, such as the situation of the oncoming vehicle and the situation of the meeting vehicle shown in FIG. 2, the influence of the ghost can be eliminated. The vehicle (target) can be detected.
<変形例>
上述の実施例においては、FM−CW方式の測距手段を有するレーダ装置を開示したが、モノパルス方式の測角手段を採用するレーダ装置であれば、本発明に係る受信アンテナの構造的相関を利用したゴーストの影響排除に関する技術は、FM−CW方式の有無にかかわらず採用が可能である。また、受信アンテナの数は3本に限られず、4本以上であってもよい。
<Modification>
In the above-described embodiments, the radar apparatus having the FM-CW ranging means is disclosed. However, if the radar apparatus adopts the monopulse type angle measuring means, the structural correlation of the receiving antenna according to the present invention is obtained. The technology for eliminating the influence of the ghost used can be adopted regardless of the presence or absence of the FM-CW method. Further, the number of receiving antennas is not limited to three and may be four or more.
また、レーダ装置1は、車両等の移動体に設置されるのが好ましく、その一例として、車両の前方の左右両方に一台ずつ設置する。もちろん、設置されるレーダ装置の台数は、一台でもよく、また3台以上でも構わない。
The
1・・・・レーダ装置
2、3、4・・・・受信アンテナ
5・・・・送信アンテナ
10・・・・信号処理部
11、12、13・・・・ミキサー
14・・・・信号処理回路
20・・・・発振器
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記送信アンテナ部からの送信信号が物標によって反射された反射信号を受信し、且つ一直線上に配置された3つ以上の受信アンテナ部と、
前記3つ以上の受信アンテナ部のそれぞれに届く受信信号の位相差から該物標の方位を検出する方位検出部と、を備え、
前記3つ以上の受信アンテナ部は、アンテナ間隔として第一間隔を形成する2つの受信アンテナ部を含む第一アンテナ対と、該第一間隔とは異なるアンテナ間隔として第二間隔を形成する2つの受信アンテナ部を含む第二アンテナ対とを有し、
3つの前記受信アンテナ部のうち1つが重複することで前記第一アンテナ対と前記第二アンテナ対が形成され、更に該重複した受信アンテナ部を除く残りの2つの受信アンテナ部によって前記第一間隔および前記第二間隔とは異なるアンテナ間隔としての第三間隔を形成する第三アンテナ対を有し、
前記方位検出部は、前記第一間隔と前記第二間隔と前記第三間隔との比率と、前記第一アンテナ対、前記第二アンテナ対、前記第三アンテナ対のそれぞれにおける受信信号の位相差とに基づいて、該第一アンテナ対、該第二アンテナ対、該第三アンテナ対のそれぞれにおける位相折り返し数を算出し、
前記第一アンテナ対、前記第二アンテナ対、前記第三アンテナ対のそれぞれにおける受信信号の位相差から暫定的な前記物標の暫定方位に関するデータを取得し、
前記第一アンテナ対、前記第二アンテナ対、前記第三アンテナ対のそれぞれにおける折り返し数と角度エリアとを対応付けた相関データを参照して、前記各アンテナ対について算出した前記折り返し数と対応する角度エリアを求め、当該角度エリア外の方位ゴーストデータを除外し、当該角度エリアに属する暫定方位を実際の物標の方位として決定する
レーダ装置。 A transmission antenna unit for transmitting a signal for detecting the direction of the target;
Three or more receiving antenna units that receive a reflected signal in which a transmission signal from the transmitting antenna unit is reflected by a target and are arranged in a straight line;
An azimuth detecting unit that detects the azimuth of the target from the phase difference of the received signals reaching each of the three or more receiving antenna units,
The three or more receiving antenna units include a first antenna pair including two receiving antenna units that form a first interval as an antenna interval, and two that form a second interval as an antenna interval different from the first interval. A second antenna pair including a receiving antenna portion;
The first antenna pair and the second antenna pair are formed by overlapping one of the three reception antenna units, and the first interval is further determined by the remaining two reception antenna units excluding the overlapped reception antenna unit. And having a third antenna pair forming a third distance as an antenna distance different from the second distance,
The azimuth detecting unit includes a ratio between the first interval, the second interval, and the third interval, and a phase difference of received signals in each of the first antenna pair , the second antenna pair , and the third antenna pair. And calculating the number of phase folds in each of the first antenna pair , the second antenna pair , and the third antenna pair ,
From the phase difference of the received signal in each of the first antenna pair, the second antenna pair, the third antenna pair, obtain data related to the provisional azimuth of the provisional target,
Corresponding to the number of folds calculated for each antenna pair with reference to correlation data in which the number of folds in each of the first antenna pair, the second antenna pair, and the third antenna pair is associated with an angle area. A radar apparatus that obtains an angle area, excludes azimuth ghost data outside the angle area, and determines a provisional azimuth belonging to the angle area as an actual target azimuth .
高速フーリエ変換を介して得られた前記物標の暫定方位に関するデータから、前記方位ゴーストデータを除外する、
請求項1に記載のレーダ装置。 The azimuth detecting unit obtains data related to the provisional azimuth of the target by performing a fast Fourier transform process on the received signals received by the three receiving antenna units,
From data relating to the provisional orientation of the target object obtained through the high-speed Fourier transform, it excludes the azimuth ghost data,
The radar apparatus according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載のレーダ装置。 The azimuth detecting unit, when the exclusion data obtained by excluding the azimuth ghost data from the data related to the provisional azimuth of the target has a predetermined continuity, the exclusion data is used as the actual azimuth of the target. decide,
The radar apparatus according to claim 1 or 2.
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